分布电容对输电线路负序方向纵联保护的可靠性影响研究

王 莉，曹甦惠，常 黎，段 五，杨艺瑾，白 月

（国网河南省电力公司检修公司，河南郑州450000）

负序方向纵联保护配置简单、原理清晰、动作可靠，在常规线路上得到了广泛应用［1］。但特高压电网与高压电网相比，导线分裂数更多，传输距离更远。导线分裂数更多，所以分布电容更大。分布电容电流的存在，将会使正常及外部故障情况下线路两端的电流不再相等；在短路暂态情况下，故障相电容的放电将会在故障电压、电流中产生众多的高频分量［2］。

1 分布电容对负序方向纵联保护影响的理论分析

以长距离输电线路外部不对称故障的情况为例进行分析，突出分布电容电流的影响。线路的T型等效网络如图1。忽略系统电阻，长线外部不对称短路时系统模型及负序等值网络见图1。XL2为线路负序感抗，XC2为线路负序容抗，XM2为系统负序电抗。

图1 长线外部不对称短路时系统模型及负序等值网络

当规定电流的正方向均由母线流向线路时有：

由此可见，˙IN2的大小和相位随着XM2+XL2和XC2大小不同而不同。由于线路分布电容对负序等值网络的纯电感电路的电压相位影响很小，所以以下分析假设˙Uk2、˙UM2、˙UN2同相位。

（1）当XM2+XL2／2＜XC2时，有˙IM2＞˙IC2，则˙IN2很小，且˙IM2与˙IN2相位差为180°。在这种情况下，线路 M端正向功率方向元件动作，N端反向功率方向元件动作，保护不会误动。但是当电容电流很大时，由于线路两端电流大小不同，当保护采用两个灵敏度不同的元件时，增大高低定值之比将不能满足灵敏度不同的要求。

（2）当XM2+XL2／2=XC2时，有˙IM2=˙IC2，则˙IN2=0。在这种情况下，线路N端无电流，使N端不能送出闭锁信号，将造成M端负序方向保护的误动作。

（3）当XM2+XL2／2＞XC2时，有˙IM2＜˙IC2，则˙IN2与˙IM2同相位。在这种情况下，由于分布电容的影响，已使线路两端电流的相位和功率方向变为内部故障关系，将造成负序方向保护的误动作。

500 k V以下的线路容抗一般较大，而IC2较小，系统阻抗较小而IM2较大，保护误动的可能性不大；但特高压长线路的XL2较大，XC2较小，当系统负序阻抗XM2相对较大时，有可能造成负序方向保护的误动作。

2 分布电容对负序方向纵联保护影响的仿真分析

针对以上理论分析，本文采用电磁暂态仿真软件ATP对1 000 k V双端电源系统进行仿真，以检验理论分析的正确性。仿真所搭建的模型如图2所示。

图2 ATP仿真模型

图2模型中线路的分布参数为：Rl=0.00805Ω／km， Ro=0.20489Ω／km； L1=0.82525 mH／km，Lo=0.82525 mH／km；Cl=0.01403699μF／km，Co=0.00943039μF／km。两侧系统夹角为M侧超前N侧65°，系统内阻抗均为R=2Ω，L=206 mH。本文中仿真步长为1E-5s，滤波算法为全周傅氏算法，开关操作或故障时刻为33 ms。

图3 线路长度为800 km外部故障时两端负序方向

为了反映线路的不同长度对负序方向纵联保护的影响，本文仿真了不同线路长度，分别为300 km、500 km以及800 km。由仿真结果可以得到，当线路长度为300 km、500 km时，保护动作正确。当线路增长到800 km时，N侧的负序方向元件已错误判别功率方向，图3给出了线路长度为800 km外部故障时两端负序方向元件的动作特性。从而验证了理论分析的正确性。

3 改进方向

许多文献提出通过计算来补偿分布电容的方法。文献［3］提出了基于D’Alembert公式的分布电容电流补偿方法，并得到了差动保护动作电流的差分和微分计算方法。这类补偿原理用不同点的电流（保护安装处的电流）、电压（补偿点电压）进行方向判断补偿分布电容，物理意义不清晰。文献［4］提出了基于电流行波的新型分布电容电流的时域补偿方法。这种补偿方法无论是在稳态，还是在暂态过程中，补偿效果均比较理想，而且不增加任何数据通信量，也不需要提高采样频率，所以，这种补偿方法适用于纵联差动保护。

以上电容电流补偿方法都提出了减少分布电容影响的方法，但在故障发生后几个周期或断路器操作的暂态过程中，采用滤波算法得到的任何电压相量本身就是不太准确的，因而对电容电流的补偿效果或许不够理想。因此说，解决分布电容对负序方向纵联保护影响的措施，还要从多方面考虑（如更好的滤波算法），以系统的角度提高保护的性能。

［1］陈德树.计算机继电保护原理与技术［M］.北京：中国电力出版社，1994.

［2］贺家李，李永丽，李 斌，郭 征，董新洲.特高压输电线继电保护配置方案（二）保护配置方案［J］.电力系统自动化，2002，26（24）：1-6.

［3］YAMAURAM，KUROSAWAY，A YAKAWAH.Improvement of Internal Charglng Current Compensatlon for Transmlsslon Llne Dlfferentlal Proteetlon ［C］.In-Proeeedlngs of SlxthInternatlonal Confereneeon DeveloP-ments In Power System Proteetlon.Nothlngam（UK）：1997：74-77.

［4］苏斌董，新洲，孙元章.适用于特高压线路的差动保护分布电容电流补偿算法［J］.电力系统自动化，2005，29（8）：36-40.